随着现代产品复杂程度的提高和新产品开发模式的广泛采用,如何有效规划产品开发过程,从而提高产品竞争力,正成为学术界和企业界关注的重点问题。产品开发过程是典型的知识工作过程,设计主体及设计组织在其中的重要作用不可忽视。然而,已有的产品开发过程建模及仿真研究,通常将设计主体作为普通技术资源,以任务为中心建立过程模型,设计主体的主动性、自治性特征难以体现,难以对设计过程中人的行为和组织策略进行分析及优化。为此,本文针对产品开发过程的特点,充分考虑了设计主体在产品开发过程中的主动作用,对面向设计主体的产品开发过程建模及仿真方法进行了深入研究。全文的研究内容主要包括以下几个部分:首先,通过分析产品开发过程的特点,基于CAS(Complex Adaptive System)理论和多主体系统MAS(Multi-agent System)的建模原理,提出了面向设计主体的新的产品开发过程建模方法,建立了包括设计主体分模型、任务分模型、资源分模型以及产品信息分模型在内的产品开发过程集成模型。该模型以设计主体主体模型为中心,将产品开发过程描述为设计主体在设计资源和产品信息的约束下不断改变任务的状态,直至任务完成的过程。集成模型充分体现了产品开发过程以为人中心的特点,以及设计主体在过程中的主动性、自治性和协作性特征。为了描述产品开发过程中设计主体的行为,以INTERRAP混合主体模型为基础,从反应层、规划层和协作层分别建立了设计主体的行为规则,接着利用分层有色随机Petri网对设计主体的任务执行和协作过程进行了分析和建模。在上述建模分析的基础上,选择人工智能的谓词逻辑结构对设计主体在产品开发过程中的主要行为进行了描述,对各层中主体的行为活动进行了严格的语义定义,为仿真系统构建奠定了基础。其次,研究了产品开发过程的组织性能评价问题,建立了产品开发过程组织评价指标体系。将组织性能的影响因素划分为宏观层影响因素和微观层影响因素。其中,宏观层的影响因素主要包括:组织结构、任务分解、工作扩大化、工作丰富化和工作轮换。微观层的影响因素重在分析设计主体的个人行为对组织绩效的影响,主要包括:主体交互行为,如组织内主体上下级以及同级之间的沟通协作行为;主体失误行为,如设计主体在工作过程中不同水平的设计失误;主体个人决策行为,如设计主体的任务调度以及协作伙伴的选择行为。基于上述影响因素,分别从宏观层和微观层提出了产品开发过程组织评价指标体系,支持对产品开发过程中设计主体个体因素和组织性能的优化分析。再次,进行了面向设计主体的产品开发过程动态仿真系统的开发。以提出的面向设计主体的产品开发过程集成模型为基础,建立了产品开发过程多主体系统,并采用Visual C++编程语言开发了一个以设计主体为核心的产品开发过程建模及仿真实验平台A-PDPS(Agent-oriented Product Development Process Simulation System)。该仿真系统采用设计主体驱动的动态仿真原理,以固定增量推进的离散系统仿真为基础,实现了对产品开发过程中设计主体、任务、资源以及信息的状态变化及交互作用的动态模拟,并支持基于组织性能评价体系的过程分析。通过某一具体的公路设计项目的仿真实例验证了该仿真平台的正确性和有效性,结果表明该仿真平台和开发方法能有效支持对产品开发过程的仿真预测和过程规划,并能描述人在产品开发过程中的自治性、主动性和协同性,进一步为产品开发过程组织行为优化提供了更科学的依据。最后,对产品开发过程中组织性能影响因素进行了仿真研究。对人力资源配置策略、组织结构策略和设计主体的任务调度策略进行了仿真实验设计及分析,并提出了基于任务获益值的设计任务动态调度策略。仿真结果表明,面向设计主体的产品开发过程建模及仿真方法可为产品开发过程的预测优化以及组织绩效的改善提供一条有效的途径。